Fare dopaminerjik nöronlar İlköğretim Kültür
Summary
Dopaminergic neurons play a vital regulatory role in the brain. Their loss is associated with Parkinson’s disease. In this video, we show how to generate primary cultures of central dopaminergic neurons from embryonic mouse mesencephalon. Such cultures are useful to study the extreme vulnerability of these neurons to various stresses.
Abstract
Dopaminerjik nöronlar, beyindeki sinir hücrelerinin toplam sayısının en az% 1 temsil etmektedir. Nöronların Bu düşük miktarı, motor kontrolü, motivasyon ve çalışma belleği gibi önemli beyin fonksiyonlarını düzenler. Nigrostriatal dopaminerjik nöronlar selektif Parkinson hastalığı (PH) dejenere. Bu ilerleyici nöron kaybı tümden patolojinin motorlar semptomları (bradikinezi, dinlenme tremor ve kas sertliği) ile ilişkili. Dopaminerjik nöron dejenerasyonu sorumlu ana ajan hala bilinmemektedir. Bununla birlikte, bu nöronlar çeşitli koşullarda çok hassas olduğu görülmektedir. Primer kültürler özellikleri ve dopaminerjik nöronların özelliklerini araştırmak için en uygun modellerden birini oluşturmaktadır. Bu kültürler durdurmak ya nöronal dejenerasyonu yavaşlatmak amacıyla PD patolojiyi taklit çeşitli stres ajanları ve nöroprotektif bileşiklere sunulabilir. Jeneratör olmuştur PH çok sayıda transgenik fare modellerison on yılda ated başka dopaminerjik nöron kültürler için araştırmacıların ilgisini artırmıştır. Burada, video protokol embriyonik fare beyinleri hassas diseksiyon üzerinde duruluyor. Ventral mezensefalon hassas eksizyonu Daha sonraki çalışmalar, izin vermek için yeteri kadar dopaminerjik hücrelerin nöronal zengin kültürler elde etmek için önemlidir. Bu protokol, embriyonik transgenik fareler ile gerçekleştirilir ve immünofloresan boyama, nicel PCR, ikinci haberci miktarının ya da nöronal ölüm / hayatta kalma değerlendirme için uygundur edilebilir.
Introduction
Dopamin, temel beyin nörotransmitter 1,2 biri, esas olarak orta beyin dopaminerjik (DA) nöronlar tarafından serbest bırakılır. DA nöronlarının çoğunluğu mezensefalon 2-6 ventral kısmında bulunur. Mesostriatal, mezolimbik ve mezokortikal yollar 2,5 şematik olarak, orta beyin DA nöronlar anatomik ve fonksiyonel üç ayrı projeksiyon sistemleri ayrılabilir. Prefrontal korteks projelendirme dopaminerjik yollar biliş 2 karıştığı oysa nigrostriyatal yolu, mezolimbik yollar takviyesi, motivasyon ve öğrenme önemli bir rol oynar, motor davranışları yer almaktadır.
DA nöronlar örneğin, şizofreni, dikkat eksikliği, hiper aktivite bozukluğu, ve Parkinson hastalığı (PD) 2,4 gibi bazı insan nörolojik hastalıklarda rol oynamaktadır. PD substantia nigra bağlantı DA nöronlarının bir ilerici ve seçici dejenerasyonu ile karakterizedirstriatum pars compacta (SNc). PD motor semptomların sorumlu striatum şiddetli dopamin tükenmesine nigro-striatal DA nöronlar sonuçlarının kaybı (bradikinezi, dinlenme tremor ve rijidite) 7. Idiyopatik PH başlangıç nedeni kanıtlanmamıştır ve güncel tedaviler striatum dopamin seviyesini yeniden amaçlayan, sadece semptomatik vardır. En reçete ilaç, L-dopa (levodopa), dopamin doğal öncüsüdür. Levodopa yönetimi belirli bir süre için dopamin kaybı telafi rağmen, motor komplikasyonlar sonra (üzerine diskinezi ve / kapalı devletler) uzun süreli tedaviler 8,9 oluşur.
Dopaminerjik nöronlar ve PH ilgili araştırma sürekli ilerlemesi ve yoğun çabalar hücre nakli, gen tedavisi veya nöroprotektif ajanların 10,11 dayalı tedaviler geliştirmek için yapılıyor. Ancak, büyük bir sorun olmayan aydınlatılamamıştır kalır: aşırı vulnerab nedeni nedirDA nöronların lü k? Cevap kısmı DA nöron aktivitesi bulunabilir. Elektriksel aktivitesinde ve DA, nöronların uyarılabilirliğinin bir azalma 12 dejenere için eğilimlerini artırmak gibi görünüyor. Bununla birlikte, PD patojenezin karmaşıklığı DA katılan mekanizmaları nöronlar 13-15 dejenerasyonu tespit için ileri çalışmalara gerek.
Primer kültürler DA nöron özelliklerini 16-19 incelemek ve nöroprotektif ajanların 20-24 değerlendirilmesi için çeşitli streslere bu nöronların meydan özellikle alakalı. Sıçan kültürü modeli, genellikle fare embriyo mezensefalon ayrılmasının daha kolay olduğu için, fare ile karşılaştırıldığında, nöronların ve daha yüksek miktarlar da Fare içinde elde edilebilir kullanılır. Ancak, hastalığın 25 transgenik fare modelleri nesil fare 26-29 primer kültürler için nörolog toplumun ilgi artmıştır ölçüde etti. Pr kültürlerin rağmenyeni doğmuş hayvanların epared bu nöronların ayırt etme kapasitelerini muhafaza zaman, mitotik sonrası aşaması (mezensefalon nöronlar için E 13.5) embriyo bunları hazırlamak için daha da kullanılabilir. Aşağıdaki protokol hazırlamak için en zor olan fare embriyoları (E 13.5), birincil kültürde izole mezensefalon nöronlar sunar. Özellikle, daha iyi bir yeniden üretilebilirlik için, serum içermeyen kültür ortamı kullanılarak bir protokol sağlar. Kültür hazırlama (diseksiyon ve mekanik ayrışma) olarak iki en kritik adımlar dikkatle ilişkili videoda detaylı olarak açıklanacaktır.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu protokol, embriyonik fare ve dopaminerjik nöronlar tespit etmek için immünofloresan prosedürden mezensefalik nöronlar primer kültürü hazırlamak için gerekli prosedürler ve reaktif maddeler sunmaktadır. Prosedürün kritik aşamaları embriyoların diseksiyon ve toplanan beyin parçalarının mekanik ayrışma bulunmaktadır. Yüksek kaliteli diseksiyon aletleri diseksiyon tekniği master yardımcı olur. DA nöronlar mezensefalonun küçük bir kısmını oluşturmaktadır. Bu duruma göre, ventral mezens…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Supported by grants from CNRS and INSERM. PM acknowledges support from the Fondation pour la Recherche Médicale en France (Equipe FRM 2009). SC acknowledges support from the Fondation de France.
Materials
| Fetal Bovine Serum | Lonza | 14-801F | |
| DMEM 4.5g/L Glucose with L-Glutamine | Lonza | BE12-604F | |
| 0.05% Trypsin-EDTA (1X), Phenol Red | Life Technologies | 25300-054 | |
| Penicillin-Streptomycin (10,000 U/mL) | Life Technologies | 15140122 | |
| L-glutamine, 200 mM Solution | Life Technologies | 25030123 | |
| Dulbecco’s Phosphate Buffered Saline | Sigma-Aldrich | D8537 | |
| Dulbecco’s Modified Eagle’s Medium/Nutrient Mixture F-12 Ham | Sigma-Aldrich | D0547 | Powder |
| Laminin – 1 mg/mL in Tris buffered NaCl | Sigma-Aldrich | L2020 | |
| Poly-L-Ornithine hydrobromide | Sigma-Aldrich | P3655 | |
| Insulin from porcine pancreas | Sigma-Aldrich | I5523 | |
| apo-Transferrin human | Sigma-Aldrich | T1147 | |
| Putrescine dihydrochloride | Sigma-Aldrich | P5780 | |
| Progesterone | Sigma-Aldrich | P8783 | |
| Sodium selenite | Sigma-Aldrich | S5261 | |
| HEPES | Sigma-Aldrich | H4034 | |
| Glycine | Sigma-Aldrich | G7126 | Stock solution 1M in water |
| Gelatin | Sigma-Aldrich | G9391 | Stock solution 2% (w/v) in water |
| Triton X-100 | Sigma-Aldrich | T8532 | |
| Paraformaldehyde 16% in water | Electron Microscopy Sciences | RT 15710-S | |
| Sodium hydrogen carbonate (NaHCO3) | Merck Millipore | 106329 | |
| D(+)-Glucose, Monohydrate | Merck Millipore | 4074-2 | |
| Hydrochloric acid – c(HCl) = 1 mol/l (1 N) Titripur | Merck Millipore | 109057 | |
| Sterile water – Aqua B. Braun | Braun | ||
| Ethanol absolute NORMAPUR analytical reagent | VWR | 20821.321 | |
| Sterile Petri Dishes | VWR | 82050-566 | |
| Pasteur pipettes plain glass – Wilhem Ulbrich GdbR. | VWR | 612-2297 | |
| Counting chamber Malassez | VWR | 631-0975 | |
| Serum Acrodisc Syringe Filter with Supor Membrane, Sterile, GF/0.2 µm, 37 mm | PALL Life science | 4525 | |
| Surgical Scissors – Straight, sharp-sharp, 14.5 cm long | Fine Science Tools | 14002-14 | To open the abdominal wall |
| Scissors – Straight, pointed, delicate, 10 cm long | MORIA | 4877A | To open the uterine wall |
| Forceps – Curved, usual, serrated jaws 1 mm | MORIA | 2183 | To manipulate embryos |
| Vannas Scissors – Curved, pointed, 7 mm blades | MORIA | MC50 | To take out the mesencephalon |
| Ultra Fine Forceps – Curved, delicate, 13 cm long | MORIA | 9987 | To remove meninges |
| BD BioCoat Poly-D-Lysine 24-well Multiwell Plates | BD Bioscience | 356414 | |
| BD Falcon 12-well Cell Culture Plate, flat-bottom with lid | BD Bioscience | 353043 | |
| SuperFrost Microscope Slides, Ground edges 90º | MENZEL-GLÄSER | AG00008032E | |
| Precision cover glasses thickness No. 1.5H circular 18 mm Ø | MARIENFELD | 117580 | |
| Polyclonal Rabbit Anti-Microtubule-Associated Protein 2 (MAP2) Antibody | Chemicon Millipore | AB5622 | 1/200 |
| Monoclonal Mouse Anti-Glutamate Decarboxylase (GAD67) Antibody, clone 1G10.2 | Chemicon Millipore | MAB5406 | 1/400 |
| Monoclonal Rat Anti-Dopamine Transporter (DAT) Antibody, clone DAT-Nt | Chemicon Millipore | MAB369 | 1/500 |
| Monoclonal Mouse Anti-5-HT Antibody | 1/8,000 – Generous gift from Yves Charnay (Swizerland, Yves.Charnay@hcuge.ch) | ||
| Goat Serum, New Zealand Origin | Life Technologies | 16210-064 | |
| Alexa Fluor 405 Goat Anti-Rabbit IgG (H+L) Antibody | Life Technologies | A-31556 | 1/200 |
| Alexa Fluor 488 Goat Anti-Mouse IgG (H+L) Antibody | Life Technologies | A-11001 | 1/1000 |
| Alexa Fluor 594 Goat Anti-Rat IgG (H+L) Antibody | Life Technologies | A-11007 | 1/1000 |
| VECTASHIELD HardSet Mounting Medium | Vector Laboratories | H-1400 | |
| Stereomicroscope | Carl Zeiss microscopy | Stemi-2000C | |
| Bunsen Burner FIREBOY | VWR | 451-0136 |
References
- Glowinski, J., Cheramy, A., Romo, R., Barbeito, L. Presynaptic regulation of dopaminergic transmission in the striatum. Cell Mol Neurobiol. 8, 7-17 (1988).
- Iversen, S. D., Iversen, L. L. Dopamine: 50 years in perspective. Trends Neurosci. 30, 188-193 (2007).
- Dahlstroem, A., Fuxe, K. Evidence for the Existence of Monoamine-Containing Neurons in the Central Nervous System I. Demonstration of Monoamines in the Cell Bodies of Brain Stem Neurons. Acta Physiol Scand Suppl. SUPPL. , 231-255 (1964).
- Chinta, S. J., Andersen, J. K. Dopaminergic neurons. Int J Biochem Cell Biol. 37, 942-946 (2005).
- Bjorklund, A., Dunnett, S. B. Dopamine neuron systems in the brain: an update. Trends Neurosci. 30, 194-202 (2007).
- Hegarty, S. V., Sullivan, A. M., O’Keeffe, G. W. Midbrain dopaminergic neurons: a review of the molecular circuitry that regulates their development. Dev Biol. 379, 123-138 (2013).
- Samii, A., Nutt, J. G., Ransom, B. R. Parkinson’s disease. Lancet. 363, 1783-1793 (2004).
- Santini, E., Heiman, M., Greengard, P., Valjent, E., Fisone, G. Inhibition of mTOR signaling in Parkinson’s disease prevents L-DOPA-induced dyskinesia. Sci Signal. 2, (2009).
- Ohlin, K. E., et al. Vascular endothelial growth factor is upregulated by L-dopa in the parkinsonian brain: implications for the development of dyskinesia. Brain. 134, 2339-2357 (2011).
- Obeso, J. A., et al. Missing pieces in the Parkinson’s disease puzzle. Nat Med. 16, 653-661 (2010).
- Cooper, O., et al. Pharmacological rescue of mitochondrial deficits in iPSC-derived neural cells from patients with familial Parkinson’s disease. Sci Transl Med. 4, (2012).
- Michel, P. P., Toulorge, D., Guerreiro, S., Hirsch, E. C. Specific needs of dopamine neurons for stimulation in order to survive: implication for Parkinson disease. FASEB J. 27, 3414-3423 (2013).
- Decressac, M., Volakakis, N., Bjorklund, A., Perlmann, T. NURR1 in Parkinson disease-from pathogenesis to therapeutic potential. Nat Rev Neurol. , (2013).
- Jouve, L., Salin, P., Melon, C., Le Goff, L. K. e. r. k. e. r. i. a. n. -. Deep brain stimulation of the center median-parafascicular complex of the thalamus has efficient anti-parkinsonian action associated with widespread cellular responses in the basal ganglia network in a rat model of Parkinson’s disease. J Neurosci. 30, 9919-9928 (2010).
- Hirsch, E. C., Jenner, P., Przedborski, S. Pathogenesis of Parkinson’s disease. Mov Disord. 28, 24-30 (2013).
- di Porzio, U., Daguet, M. C., Glowinski, J., Prochiantz, A. Effect of striatal cells on in vitro maturation of mesencephalic dopaminergic neurones grown in serum-free conditions. Nature. 288, 370-373 (1980).
- Denis-Donini, S., Glowinski, J., Prochiantz, A. Glial heterogeneity may define the three-dimensional shape of mouse mesencephalic dopaminergic neurones. Nature. 307, 641-643 (1984).
- Barbin, G., Mallat, M., Prochiantz, A. In vitro studies on the maturation of mesencephalic dopaminergic neurons. Dev Neurosci. 7, 296-307 (1985).
- Marey-Semper, I., Gelman, M., Levi-Strauss, M. A selective toxicity toward cultured mesencephalic dopaminergic neurons is induced by the synergistic effects of energetic metabolism impairment and NMDA receptor activation. J Neurosci. 15, 5912-5918 (1995).
- Salthun-Lassalle, B., Hirsch, E. C., Wolfart, J., Ruberg, M., Michel, P. P. Rescue of mesencephalic dopaminergic neurons in culture by low-level stimulation of voltage-gated sodium channels. J Neurosci. 24, 5922-5930 (2004).
- Toulorge, D., et al. Neuroprotection of midbrain dopamine neurons by nicotine is gated by cytoplasmic Ca2. FASEB J. 25, 2563-2573 (2011).
- Rousseau, E., Michel, P. P., Hirsch, E. C. The Iron-Binding Protein Lactoferrin Protects Vulnerable Dopamine Neurons from Degeneration by Preserving Mitochondrial Calcium Homeostasis. Mol Pharmacol. 84, (2013).
- Orme, R. P., Bhangal, M. S., Fricker, R. A. Calcitriol imparts neuroprotection in vitro to midbrain dopaminergic neurons by upregulating GDNF expression. PLoS One. 8 (e62040), (2013).
- Choi, W. S., Kruse, S. E., Palmiter, R. D., Xia, Z. Mitochondrial complex I inhibition is not required for dopaminergic neuron death induced by rotenone, MPP+, or paraquat. Proc Natl Acad Sci U S A. 105, 15136-15141 (2008).
- Trancikova, A., Ramonet, D., Moore, D. J. Genetic mouse models of neurodegenerative diseases. Prog Mol Biol Transl Sci. 100, 419-482 (2011).
- Gao, H. M., Liu, B., Zhang, W., Hong, J. S. Critical role of microglial NADPH oxidase-derived free radicals in the in vitro MPTP model of Parkinson’s disease. FASEB J. 17, 1954-1956 (2003).
- Lin, X., et al. Conditional expression of Parkinson’s disease-related mutant alpha-synuclein in the midbrain dopaminergic neurons causes progressive neurodegeneration and degradation of transcription factor nuclear receptor related 1. J Neurosci. 32, 9248-9264 (2012).
- Bye, C. R., Thompson, L. H., Parish, C. L. Birth dating of midbrain dopamine neurons identifies A9 enriched tissue for transplantation into parkinsonian mice. Exp Neurol. 236, 58-68 (2012).
- Ramonet, D., et al. Dopaminergic neuronal loss, reduced neurite complexity and autophagic abnormalities in transgenic mice expressing G2019S mutant LRRK2. PLoS One. 6 (e18568), (2011).
- Prestoz, L., Jaber, M., Gaillard, A. Dopaminergic axon guidance: which makes what. Front Cell Neurosci. 6, (2012).
- Nunes, I., Tovmasian, L. T., Silva, R. M., Burke, R. E., Goff, S. P. Pitx3 is required for development of substantia nigra dopaminergic neurons. Proc Natl Acad Sci U S A. 100, 4245-4250 (1073).
- Ferri, A. L., et al. Foxa1 and Foxa2 regulate multiple phases of midbrain dopaminergic neuron development in a dosage-dependent manner. Development. 134, 2761-2769 (2007).
- Rayport, S., et al. Identified postnatal mesolimbic dopamine neurons in culture: morphology and electrophysiology. J Neurosci. 12, 4264-4280 (1992).
- Kim, K. M., Nakajima, S., Nakajima, Y. Dopamine and GABA receptors in cultured substantia nigra neurons: correlation of electrophysiology and immunocytochemistry. Neuroscience. 78, 759-769 (1997).
- Nefzger, C. M., et al. Lmx1a allows context-specific isolation of progenitors of GABAergic or dopaminergic neurons during neural differentiation of embryonic stem cells. Stem Cells. 30, 1349-1361 (2012).
- Su, H., et al. Immediate expression of Cdh2 is essential for efficient neural differentiation of mouse induced pluripotent stem cells. Stem Cell Res. 10, 338-348 (2013).
